基于HyperMesh／OptiStruct的汽车零部件结构拓扑优化设计

基于结构拓扑优化在优化设计中的重要性,介绍了拓扑优化的方法和常用算法,建立了基于HyperMesh/OptiStruct的结构拓扑优化设计流程图,最后在考虑了三种不同载荷工况下,进行了汽车控制臂的拓扑优化,最终使得优化结构质量更轻.     

碳纤维麦弗逊悬架控制臂轻量化设计

建立悬架动力学模型,对控制臂在冲击、转向、制动三种工况下的边界载荷进行研究,并以控制臂体积最小为优化目标,结合优化设计数学模型利用拓扑优化软件Opti Struct对碳纤维悬架控制臂进行了结构优化,获得控制臂基本形状以及材料的最优化分布。根据优化结果,对控制臂进行了结构设计,并通过有限元仿真,对各种工况下碳纤维控制臂的应力以及位移进行了研究,结果表明,通过轻量化设计的碳纤维控制臂在符合强度和刚度要求的同时,比钢结构控制臂轻45.6%。     

OptiStruct在风洞设备结构优化设计中的应用

本文应用HyperWoks的集成模块OptiStruct对风洞架车转盘的回转台面在给定位移和应力约束条件下以体积作为优化目标进行了轻量化设计,首先通过拓扑优化明晰了结构设计形式,然后通过尺寸优化进行细节优化设计,结构优化后减重达到27%。     

某型无人机起落架结构拓扑优化

为了探索拓扑优化设计在起落架结构上的应用,基于变密度法,建立了某型无人机起落架外筒支柱的拓扑优化模型,利用业内著名的结构优化平台OptiStruct,获得了满足多种典型工况下和多种约束条件下的最佳拓扑结构。对优化前后的模型进行静强度有限元仿真对比后,结果表明优化后的结构不仅减重20%,还大大降低了应力水平,满足强度和刚度设计要求。采用的拓扑优化设计方法对改进起落架结构设计,实现结构轻量化,提高飞机的性能和经济性具有重要意义。     

基于拓扑优化方法的牵引车车架优化设计

建立了牵引车车架的有限元模型并进行了多工况静力学分析,基于OptiStruct软件,对多工况拓扑优化常见问题提出了工程实用的解决方法,实现了牵引车车架结构优化设计.通过优化前后计算结果的对比分析,说明基于变密度法的拓扑优化技术能有效进行牵引车车架优化设计,避免结构设计的盲目性,优化结果为同类产品结构设计提供了参考.     

多工况下地铁车辆齿轮箱吊座拓扑优化设计

采用变密度法,以齿轮箱吊座多工况刚度最大化为目标函数,以体积比、一阶频率和工艺要求为约束条件,建立了吊座结构多工况拓扑优化模型.通过OptiStruct软件的优化,得到结构的拓扑优化结果,结合工艺要求对优化后的结构进行重新建模,分析了结构在三种工况下的应力分布和一阶频率.结果表明,吊座质量减轻了约7kg,结构一阶固有频...     

时速400公里高速列车底架拓扑优化

运用OptiStruct软件,针对400km/h高速列车车体,计算其在重要载荷作用下的结构强度、刚度以及模态分析后,以列车的底架作为研究对象,对其进行拓扑优化设计.结合OptiStruct中的OSSmooth模块和SOLIDWORKS软件,总结分析不同载荷方式作用下得出的拓扑优化结果,确定车体底架结构内筋的分布,得出最佳截面形状,并对优化后的底架结构及车体进行静强度以及模态分析比较.对比得出,优化后底架结构减重6.82％,满足车体强度、刚度及模态频率等性能要求的同时,改善了结构的应力分布.     

注塑机械手臂的静力分析与拓扑优化

用Solid Works对注塑机械手进行建模,通过有限元分析软件ANSYS对机械手最危险工况进行静力分析,得到其位移应力变化特性,并在此基础上对机械手模型进行拓扑优化。在满足刚度和强度的要求下,依据拓扑云图对机械手基座和主臂梁进行结构优化,通过优化设计,减少机械手30%的重量,降低机械手的生产成本。结果表明拓扑优化的机械手静力特性与拓扑前的机械手相比变化很小,符合要求,故这里为机械手的结构优化设计提供一种切实可行的优化方法,提高了工作效率并降低了成本和缩短了产品研发周期。     

四足机器人腿部结构拓扑优化设计及力学性能分析

基于变密度方法中的SIMP(Solid Isotropic Material with Penalization)模型,提出一种多复合材料3D打印制造的拓扑优化方法对四足机器人腿部结构进行优化设计。采用体积约束下最小应力的优化方式,同时引入复合材料的本构矩阵,使得优化结果更加合理。针对四足机器人常见工况进行静力学分析,并对最大位移下的载荷情况进行拓扑优化设计。为了验证优化后腿部结构的强度,分别制备拓扑增强和轮廓增强腿部结构并进行试验分析。试验结果表明,拓扑增强结构最大位移比轮廓增强结构在外摆工况下降低了53.57%。拓扑增强结构承载比在0°和30°外摆工况下比轮廓增强结构分别提升了17.98%和24.57%。通过对四足机器人腿部结构优化前后的试验对比可知,经过拓扑优化设计,四足机器人腿部结构力学性能得到提升,优化设计具有可行性。该拓扑优化方法对于提高产品力学性能,具有一定作用。     

折臂式随车起重机转台的拓扑优化设计

为了使折臂式随车起重机转台在最大应力不超过材料许用应力的前提下实现轻量化设计的目的,通过ADAMS软件仿真确定其极限工况,对转台进行静力学分析及拓扑优化。通过拓扑优化得到了理想的材料分布。基于优化结果调整转台结构,并对改进后的转台进行静力学分析。结果表明,优化后的转台能够满足实际的使用需求。同时,转台质量降低了12%,证明了优化设计的有效性和可行性,并为折臂式随车起重机的相关设计提供了一定的借鉴。     

基于NX NASTRAN的医用X光机C臂有限元分析

利用UG自有的有限元软件NX NASTRAN对C形臂进行3个静态工况的结构强度及固有频率分析,得到C形臂3个典型工况的应力和相对平面位移量及前10阶的固有频率。静态典型工况仿真结果表明,C形臂最大应力工况为下转60°的工况,此工况在实际中很少用到,固有频率计算的特征值也为C形臂的动力学性能设计及优化提供了设计依据。计算结果与定性分析的结果一致。     

优化设计前后波纹管位移补偿能力的有限元分析

在不同工况下对波纹管进行应力应变分析是评估其对各种工况承受能力的基础和重要组成部分,非线性限元计算能够有效地解决传统的解析法无法计算的波纹管弹塑性大变形范围内的载荷—应力响应问题。对波纹管进行结构优化设计,利用ANSYS有限元软件分析优化设计前后波纹管达到轴向极限位移时的应力和位移,结果表明,在相同条件下,优化前后的波纹管达到轴向极限位移时的应力均未超过抗拉强度,而优化后波纹管的轴向极限位移比优化前的大3mm左右,说明优化设计后的波纹管具有更好的位移补偿能力,从而能够节约成本。     

基于OptiStruct的风力叶片拓扑优化设计

基于OptiStruct的优化平台对二维薄板和风力叶片进行了不同目标的拓扑优化,给出了均匀材料和复合材料结构分别在最小位移和应力目标下的拓扑优化结构。结果表明拓扑优化方法能够对复和材料的风力叶片进行有效优化,并提供材料的优化布局方案。     

汽车起重机转台的有限元分析及拓扑优化设计

转台是汽车起重机起重作业的中心枢纽,工况多,受力复杂,容易发生破坏失效的情况。为了解决转台承载能力、刚度匹配和重量轻量化之间的矛盾,对汽车起重机转台进行了结构优化设计。首先,根据汽车起重机转台的结构特点,建立了转台的有限元模型,并计算出转台在不同工况下的应力分布情况。同时,对转台应力分布进行了实验验证,发现转台各测试点的应力误差大多数被控制在10%以内,从而验证了转台有限元模型的可靠性。最后,运用Hyper Works软件对汽车起重机转台结构进行了多工况拓扑优化,优化结果表明:优化后的转台质量减少了0.49t;转台在各工况下的刚度最大提高了29.57%;转台在各工况下的平均应力普遍下降。     

基于SolidWorks的吸嘴支撑臂有限元分析

通过SolidWorks三维绘图软件建立吸嘴支撑臂的3D模型,在SolidWorks Simulation仿真环境下,模拟吸嘴托臂的受力过程,获得工况下吸嘴托臂的应力和位移云图,为其进行结构优化设计提供了重要的依据.     

起重机伸缩臂截面拓扑化探析

分析了拓扑优化中材料变密度法及其相关参数对拓扑优化结果的影响,将结构力学中拓扑优化方法应用到起重机伸缩臂的优化设计中,建立了伸缩吊臂的拓扑优化数学模型.利用HyperMesh软件建立了起重机臂架的有限元模型,并利用OptiStruct软件进行优化分析,从而设计出最优的臂架截面拓扑图.分析工作为起重机臂架的结构优化设计提供了一种有效的新思路,其结果为现今流行的大圆角截面和椭圆形截面设计提供了依据.     

地铁车载蓄电池箱结构的优化研究

针对近些年列车不断提速,车载设备急需轻量化的问题,对某地铁车载蓄电池箱的结构强度、疲劳强度、模态、3种结构优化方法等方面进行了研究。对拓扑优化变密度法和单目标、多目标优化方法在轨道车辆的应用开展了归纳,提出了基于变密度法的拓扑优化、尺寸优化、形貌优化相结合的优化方法;依托结构优化设计理论及OptiStruct优化软件对箱体进行了优化分析,利用疲劳数据系统对优化后的箱体进行了测试。研究结果表明:该优化方法实现了框架结构减重约31.5%,静强度满足材料许用应力值,一阶固有频率提高到20.7 Hz,疲劳损伤值小于0.7,实现了结构的最大轻量化,优化方法为其他类型车载设备的轻量化设计提供了有益的借鉴。     

多工况下变速箱箱体结构的拓扑优化设计

针对变速箱系统的多载荷工况特性,建立箱体结构的有限元模型,对其进行静力分析和模态分析,得到各工况下箱体的应力和位移云图,在此基础上对结构进行应力、位移和体积比分数约束下第一阶固有频率最大化的拓扑优化设计,根据结构的材料密度分布云图结果对其进行改进设计,改进后的结构较初始设计质量减小19kg。对改进后的结构进行再分析,结果表明该箱体结构的拓扑优化设计是可行的。     

电动汽车快速更换电池箱有限元分析及优化设计

建立了某电动汽车快速更换电池箱结构的三维模型,采用ANSYS软件分析了电动汽车在颠簸路段急刹车、急转弯两种工况下该电池箱的静态特性和模态特性。分析结果显示,快速更换电池箱的结构满足所选材料的许用应力要求且有较大余量,但因刚度不足易发生共振,因此需要通过优化设计使该电池箱结构更轻量化的同时刚度得到提升。根据静态特性和模态特性分析结果对电动汽车快速更换电池箱结构进行优化设计,优化设计后的分析结果显示:汽车在颠簸路段急刹车和急转弯两种工况下的最大应力分别增大至73.637 MPa和98.181 MPa;但该电池箱所用材料量减少,且第一阶固有频率由优化设计前的33.168 Hz提高至44.302 Hz,优化设计后的快速更换电池箱不会与汽车发生共振。研究结果表明优化后的快速更换电池箱结构更符合设计要求。     

桥式起重机主梁多工况拓扑优化设计研究

利用HyperMesh前处理软件与OptiStruct求解器,以体积分数与静态位移为约束,以三种典型静态工况下对应的最小柔度为目标函数,基于SIMP变密度法与数学折衷规划优化法,建立了桥式起重机偏轨箱形主梁多工况拓扑优化模型.经有限元分析计算后得到了同时满足多种工况载荷的起重机主梁拓扑结构.根据拓扑优化结果设计出主副腹板新型开孔式结构,随后进行了主梁重构后强度、刚度与稳定性的有限元分析验证.实现了对偏轨箱形主梁经拓扑优化后合理减重的目的,为起重机主梁的结构创新设计提供了一定指导.